داخل الكويكبات القديمة ، صنعت أشعة جاما اللبنات الأساسية للحياة

في عام 2021 ، نجحت مهمة الفضاء Hayabusa2 في تسليم لقمة من الكويكب 162173 Ryugu إلى الأرض - خمسة جرامات من أقدم المواد البكر المتبقية من تكوين النظام الشمسي قبل 4.5 مليار سنة. في الربيع الماضي ، كشف العلماء أن التركيب الكيميائي للكويكب يتضمن 10 أحماض أمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. أضاف الاكتشاف إلى الدليل على أن الحساء البدائي الذي نشأت منه الحياة على الأرض ربما كان محنكًا بالأحماض الأمينية من أجزاء من الكويكبات.

لكن من أين أتت هذه الأحماض الأمينية؟ الأحماض الأمينية التي تتدفق عبر أنظمتنا البيئية هي نتاج التمثيل الغذائي الخلوي ، ومعظمها في النباتات. ما هي الآلية غير البيولوجية التي يمكن أن تضعهم في النيازك والكويكبات؟

لقد فكر العلماء في عدة طرق ، و آخر عمل من قبل باحثين في اليابان يشير إلى واحدة جديدة مهمة: آلية تستخدم أشعة جاما لتكوين الأحماض الأمينية. يجعل اكتشافهم من المرجح أن تكون النيازك قد ساهمت في نشأة الحياة على الأرض.

على الرغم من جاذبيتها باعتبارها جزءًا أساسيًا من كيمياء الحياة ، فإن الأحماض الأمينية عبارة عن جزيئات بسيطة يمكن طهيها بدون فن من مركبات الكربون والأكسجين والنيتروجين إذا كانت هناك طاقة كافية. منذ سبعين عامًا ، أثبتت التجارب الشهيرة التي أجراها ستانلي ميلر وهارولد أوري أن التفريغ الكهربائي في خليط غازي من الميثان والأمونيا والهيدروجين (والذي كان يُعتقد في ذلك الوقت بشكل غير صحيح أنه يحاكي الغلاف الجوي المبكر للأرض) كان كل ما يتطلبه الأمر لصنع مزيج من المركبات العضوية التي تحتوي على الأحماض الأمينية. اقترح العمل المخبري اللاحق أن الأحماض الأمينية يمكن أن تتشكل أيضًا في الرواسب بالقرب من الفتحات الحرارية المائية في قاع البحر ، و اكتشاف في عام 2018 أكد أن هذا يحدث في بعض الأحيان.

بدأت احتمالية ظهور الأحماض الأمينية الأصلية من الفضاء في الظهور بعد عام 1969 ، عندما تم استرداد اثنين من النيازك الكبيرة - نيزك مورشيسون في غرب أستراليا ونيزك أليندي في المكسيك - على الفور بعد اصطدامهما. كلاهما عبارة عن كوندريت كربوني ، وهي فئة نادرة من النيازك تشبه ريوجو يعتقد العلماء أنها تراكمت من أجسام جليدية أصغر بعد تشكل النظام الشمسي لأول مرة. يحتوي كلاهما أيضًا على كميات صغيرة ولكن مهمة من الأحماض الأمينية ، على الرغم من أن العلماء لم يستبعدوا احتمال أن تكون الأحماض الأمينية ملوثات أو منتجات ثانوية لتأثيرها.

ومع ذلك ، علم علماء الفضاء أن أجسام الغبار الجليدية التي شكلت الكوندريت الكربوني من المحتمل أن تحتوي على الماء والأمونيا وجزيئات كربون صغيرة مثل الألدهيدات والميثانول ، لذلك كانت المكونات الأولية للأحماض الأمينية موجودة. لقد احتاجوا فقط إلى مصدر للطاقة لتسهيل التفاعل. اقترح العمل التجريبي أن الأشعة فوق البنفسجية من المستعرات الأعظمية يمكن أن تكون قوية بما يكفي للقيام بذلك. يمكن أيضًا أن تؤدي التصادمات بين أجسام الغبار إلى تسخينها بدرجة كافية لإحداث تأثير مماثل.

"نحن نعرف الكثير من الطرق لصنع الأحماض الأمينية من الناحية البيولوجية" ، قال سكوت ساندفورد، عالم الفيزياء الفلكية المختبرية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا. "وليس هناك سبب لتوقع أنها لم تحدث جميعًا."

الآن فريق من الباحثين في جامعة يوكوهاما الوطنية في اليابان بقيادة الكيميائيين يوكو كيبوكاوا و كنسي كوباياشي أظهرت أن أشعة جاما يمكن أن تكون قد أنتجت أيضًا الأحماض الأمينية في الكوندريت. في عملهم الجديد ، أظهروا أن أشعة جاما من العناصر المشعة في الكوندريت - على الأرجح الألومنيوم 26 - يمكن أن تحول مركبات الكربون والنيتروجين والأكسجين إلى أحماض أمينية.

بالطبع ، يمكن لأشعة جاما أن تدمر المركبات العضوية بنفس سهولة صنعها. لكن في تجارب الفريق الياباني ، قال كيبوكاوا إن "تعزيز إنتاج الأحماض الأمينية بواسطة النظائر المشعة كان أكثر فاعلية من التحلل" ، لذا أنتجت أشعة جاما أحماض أمينية أكثر مما أتلفته. من معدلات الإنتاج التي لوحظت في تجاربهم ، قدر الباحثون تقريبًا أن أشعة جاما يمكن أن ترفع تركيز الأحماض الأمينية في كويكب كوندريت كربوني إلى المستويات التي شوهدت في نيزك مورشيسون في أقل من 1,000 عام أو ما يصل إلى 100,000. .

نظرًا لأن أشعة جاما ، على عكس الضوء فوق البنفسجي ، يمكن أن تخترق عمق الكويكب أو النيزك ، فقد يكون لهذه الآلية أهمية أكبر لسيناريوهات أصل الحياة. قال ساندفورد: "إنه يفتح بيئة جديدة تمامًا يمكن فيها صنع الأحماض الأمينية". وأوضح أنه إذا كانت النيازك كبيرة بما يكفي ، "يمكن للجزء الأوسط منها البقاء على قيد الحياة عند دخول الغلاف الجوي حتى لو تضاءل الجزء الخارجي بعيدًا". "لذا فأنت لا تصنع [الأحماض الأمينية] فحسب ، بل تصنعها على الطريق للوصول إلى كوكب."

أحد متطلبات الآلية الجديدة هو أن كميات صغيرة من الماء السائل يجب أن تكون موجودة لدعم التفاعلات. قد يبدو هذا قيدًا كبيرًا - "يمكنني أن أتخيل بسهولة أن الناس يعتقدون أن الماء السائل نادرًا ما يوجد في البيئات الفضائية ،" قال كيبوكاوا. لكن نيازك الكوندريت الكربونية مليئة بالمعادن مثل السيليكات المائية والكربونات التي تتشكل فقط في وجود الماء ، كما أوضحت ، كما تم العثور على كميات ضئيلة من الماء محصورة داخل بعض الحبيبات المعدنية في الكوندريت.

من هذه الأدلة المعدنية ، قال فاسيليسا فينوغرادوفعالم الكيمياء الفلكية في جامعة Aix-Marseille في فرنسا ، يعلم العلماء أن الكويكبات الصغيرة تحتوي على كميات كبيرة من الماء السائل. قالت: "كانت مرحلة التغيير المائي لهذه الأجسام ، وهي الفترة التي كان من الممكن أن تتاح فيها للأحماض الأمينية المعنية فرصة للتشكل ، كانت فترة حوالي مليون سنة" - وهي فترة طويلة بما يكفي لإنتاج كميات الأحماض الأمينية التي لوحظت. في النيازك.

يلاحظ ساندفورد أنه في التجارب التي أجراها هو وباحثون آخرون ، يمكن أن يؤدي تشعيع الخلائط الجليدية مثل تلك الموجودة في السحب الجزيئية البينجمية البدائية إلى ظهور آلاف المركبات ذات الصلة بالحياة ، بما في ذلك السكريات والقواعد النووية ، "والأحماض الأمينية موجودة دائمًا تقريبًا في مزج. لذا يبدو أن الكون متشدد نوعًا ما في صنع الأحماض الأمينية ".

ردد فينوغرادوف هذا الرأي وقال إن تنوع المركبات العضوية التي يمكن أن توجد في النيازك أصبح معروفًا الآن بأنه واسع. "تمحور السؤال بشكل أكبر ليصبح: لماذا هذه الجزيئات هي تلك التي أثبتت أهميتها للحياة على الأرض؟" قالت. لماذا ، على سبيل المثال ، تستخدم الحياة الأرضية 20 فقط من عشرات الأحماض الأمينية التي يمكن إنتاجها - ولماذا تستخدم بشكل حصري تقريبًا الهياكل "اليسرى" لتلك الجزيئات عندما تكون الهياكل "اليمنى" المرآة للصورة بشكل طبيعي في وفرة متساوية؟ قد تكون هذه هي الألغاز التي تهيمن على الدراسات الكيميائية للأصول المبكرة للحياة في المستقبل.